基于草绘的三维植物建模技术研究

论文摘要

草绘以最简便,迅速的方法,表现出人们对物体造型的设想,记录和捕捉瞬间既逝的灵感和构思。基于草绘的三维建模更是结合了计算机在三维造型方面的强大技术优势,近年来成为许多科研机构和院校的研究热点。本文系统阐述了基于草绘的三维建模的发展现状,介绍了它的基本理论、算法以及关键技术,对植物的草绘三维建模进行了深入的研究:(1)通过对树木外形特点的分析和总结,提出了用户草绘主要树干、决定树木基本外形、并根据草绘出的主要枝干自动生成相似形状的细小枝条的思想,依据这一思想开发出基于草绘的三维树木建模系统。(2)分析了草绘花朵的特点,提出了由二维草绘图构造三维花朵模型的思想,开发出基于草绘的三维花朵建模系统。通过草图绘制、笔划特征分析、特征识别、曲面构造、空间位置估计、对草绘产生的非合理现象的处理这些步骤完成对花朵的三维建模。(3)提出的主要算法有:根据草绘枝条的形状特点,结合树木的生长规律,设计了针对草绘树木枝条的三维分形算法;分析花朵草绘笔划的特点,提出对草绘曲线重新梳理、重新确定曲线上点的顺序的算法;以及对确定花朵中心、同一花瓣的草绘曲线归类、识别花瓣侧影线等问题设计了一系列行之有效的算法;根据花瓣的形状特点,提出了由横截面曲线构造花瓣形状的思想,给出了凹形花瓣横截面曲线的参数方程应该满足的条件;根据对草绘的花瓣轮廓线的识别和理解,建立横截面几何对应关系模型,计算出横截面在三维空间中的具体位置及角度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 草绘的特性及应用
• 1.1.1 草绘的特性
• 1.1.2 草绘的分类
• 1.1.3 草绘的应用
• 1.2 计算机辅助草绘设计的优点和分类
• 1.2.1 计算机草绘设计的优点
• 1.2.2 计算机草绘设计的分类
• 1.3 国内外基于草绘的三维建模发展现状
• 1.3.1 拓扑关系类圆的自由形状物体建模
• 1.3.2 对于较规则工业产品的草绘建模
• 1.3.3 对于建筑物的草绘建模
• 1.3.4 对于服装等可展曲面的草绘建模
• 1.3.5 对于植物形状的草绘建模
• 1.4 本文的研究背景和内容
• 1.4.1 本文的研究背景
• 1.4.2 本文的研究内容
• 1.5 本文的组织方式
• 第二章 基于草绘的三维建模的关键技术
• 2.1 基于草绘的三维建模的关键技术
• 2.1.1 支持草绘的笔式用户界面技术
• 2.1.2 草绘笔划的规整处理技术
• 2.1.3 草图的识别和理解技术
• 2.1.4 三维建模技术
• 2.2 本文其他相关技术说明
• 2.2.1 分形技术
• 2.2.2 几何变换原理及实现
• 2.2.3 VC 编程环境与OpenGL 环境的坐标转换
• 第三章 基于草绘的三维树木建模
• 3.1 引言
• 3.2 建模原理
• 3.3 算法思想
• 3.3.1 窗口坐标到世界坐标的转换
• 3.3.2 三维分形生成细小枝条
• 3.3.3 树叶的生成
• 3.4 交互界面的设计
• 3.5 实验结果
• 第四章 素描式草绘的三维花朵建模
• 4.1 引言
• 4.2 素描式草绘花朵的特征分析
• 4.3 曲线的草绘及特征识别
• 4.3.1 输入曲线的起末点顺序调整
• 4.3.2 花朵中心和同一花瓣的识别
• 4.3.3 轮廓曲线和侧面投影曲线的识别
• 4.4 曲面构造及空间位置估计
• 4.4.1 曲面构造
• 4.4.2 空间位置估计
• 4.4.2.1 空间位置分析
• 4.4.2.2 旋转分量的计算
• 4.4.2.3 平移分量的计算
• 4.4.3 模型各截面不同的旋转和平移的实现
• 4.5 对草绘产生的非合理现象的处理
• 第五章 总结与展望
• 5.1 实验结果分析
• 5.2 本文的主要创新点
• 5.3 进一步工作的讨论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文